JAEA-Review-2010-065.pdf:15.99MB - 日本原子力研究開発機構

1-08
Evaluation of Radiation Tolerance of
General Electronic Devices
N. Sasaki a) , Y. Kakimi a) , T. Nakao a) , K. Ogawa a) ,
T. Ohshima b) , T. Hirao b) and S. Onoda b)
a) Advanced Engineering Services Co.,Ltd.
b) Environmental and Industrial Materials Research Division, QuBS, JAEA
We are developing a small-satellite that will be launched in several years, and small-satellite’s equipments for example
“Power Control Unit”, “Gyro Unit”, etc. At these developments, using general electronic devices is very efficient to reduce
the cost, to shorten the development period and to comply with a request of various missions. So, we have been evaluating
general electronic devices about radiation tolerance related to single event since 2008. These results show a good
possibility that they can be used on the space environment. This report shows a result of evaluation about FeRAM
(Ferroelectric Random Access Memory) and MPU (Micro Processing Unit).
我々は、数年後の打上げを目標に 50 cm 級小型衛星
の開発を進めている。また、小型衛星搭載用電力制御
装置をはじめ、様々な搭載機器の開発も行っている。
小型衛星を利用することの利点は、短期間、低コスト
で、様々な新しいミッションを実現できるということ
である。しかし、宇宙用電子部品の多くは、入手性や
価格、部品のバリエーションの面で、この利点に大き
な制限をかけてしまう。従って、小型衛星の開発にお
いて、民生電子部品を利用することは、開発期間の短
縮、低コスト化や、多様なミッションへの対応等、小
型衛星の利点を活かすのに必須となる。そこで、我々
は 2008 年度より、小型衛星での使用を想定した、レギ
ュレータや通信ドライバ等の民生電子部品の重粒子線
照射試験を行い、シングルイベントに関し、宇宙環境
への適合性評価を行ってきた。その結果、シングルイ
ベントの発生頻度は、500 year/event 以上であり、民生
電子部品の宇宙環境での使用の可能性について良い結
果を得ることができた。本稿では、2009 年度に行った、
FeRAM(強誘電体メモリ)、MPU(マイクロプロセッ
サ)の試験結果について報告する。
照射試験は、AVF サイクロトロン 散乱ビーム照射試
験装置を用いて実施した。使用したイオン種を Table 1
に示す。試料は、予めパッケージをデキャップしてお
き、内部の半導体素子を露出した状態としている。
FeRAM についての評価は、SEL(Single Event Latch-up)
と RAM での SEU(Single Event Up-set)の発生頻度に
関して、MPU についての評価は、SEL と内部レジスタ、
FlashROM での SEU の発生頻度に関して行った。発生
頻度の算出には、CREME96 を用いている。想定してい
る軌道条件は、高度 700 km、衛星構体は 2 mm 厚アル
ミニウム、運用期間 1 年である。
Table 1 Particle Energy and LET.
15 3+ 20 4+
N Ne
40 Ar 8+ 84 Kr 17+
E [MeV] 56 75 150 322
LET [MeV/mg/cm 2 ] 3.0 5.9 14.0 34.0
JAEA-Review 2010-065
FeRAM の試験では、同ロットの試料 3 つに対し同時
に照射を行い、デバイスの消費電流より SEL を、SEU
の発生は別途搭載した監視用マイコンにより監視した。
また、SEU に関しては全ビットが 1 と 0 の 2 通りの状
態について行った。以下に結果を示す。
- 12 -
① SEL 耐性
SEL の発生は、Kr でのみ確認された。この時の有効
総フルエンスは 10 5 count/cm 2 であるので、その発生
頻度は概算として 3,000 year/event であると見積もら
れ、SEL への耐性は非常に高い。
② SEU 耐性
本試験では、SEU の発生は確認されなかった。SEU
への耐性は非常に高い。
③ その他
Ar、Kr において FeRAM と SEU 監視用マイコン間で
通信異常を確認した。異常動作は電源のリセットに
より正常復帰した。その発生頻度は 100 year/event で
ある。
上記の結果から、試験に用いた FeRAM は SEL、SEU
に対し、高い耐性を持っていると考えられる。実際の
使用においては、異常動作時の対策としてリセット回
路の実装等の工夫が必要である。
MPU の試験は、試料は1つとし、FeRAM と同様に消
費電流により SEL の監視を行っている。SEU について
は、MPU に実装したプログラムにより内部レジスタの
状態を常時モニタ PC へ送信し、監視を行った。また、
照射終了後、FlashROM の読み出しを行い、FlashROM
での SEU の有無を確認した。レジスタ、FlashROM の
空き領域にはそれぞれ、予め 0 と 1 が半分ずつ書き込
まれている。現在までに取得できているデータは、N、
Ne、Ar についてである。結果を Table 2 に示す。
Table 2 MPU Result.
Fluence Rate
[count/cm 2 SEL SEU SEU
/s] @Register @FlashROM
15 3+
N 1,449 0 3 0
20 4+
Ne 1,242 4 4 0
40 8+
Ar 2,329 4 ― 0
FeRAM のシングルイベント発生頻度は 3,000
year/event 以上であり、放射線への耐性は高いという結
果を得ることができた。また、MPU については、さら
に照射試験を実施し、評価を行う予定である。今後、
現在使用を検討している民生電子部品について、さら
に照射試験を実施し、小型衛星やその搭載機器の開発
への利用を積極的に進めていきたい。